(57)【要約】【課題】極めて優れた低摩擦性や耐摩耗性を示し、従来の鋼材料よりも更に優れた省燃費効果を発揮し得るアルミニウム合金を用いて軽量化したエンジン用バルブを提供すること。【解決手段】潤滑油の存在下で摺動し、表面に硬質炭素薄膜を有し、アルミニウムを主元素とする合金で大部分が構成されたエンジン用バルブ。かかる硬質炭素薄膜は水素原子の含有量が３０原子％以下である。用いる潤滑油は、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の一方又は双方を含有することが好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油の存在下で摺動し、表面に硬質炭素薄膜を有し、アルミニウムを主元素とする合金で大部分が構成されるエンジン用バルブであって、
上記硬質炭素薄膜に含まれる水素原子の量が３０原子％以下であることを特徴とするエンジン用バルブ。
【請求項２】
上記硬質炭素薄膜が、上記エンジン用バルブのフェース面、ステム面、溝部、軸端部及び先端面の少なくとも１箇所に被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン用バルブ。
【請求項３】
上記硬質炭素薄膜に含まれる水素原子の量が５原子％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン用バルブ。
【請求項４】
上記硬質炭素薄膜に含まれる水素原子の量が０．５原子％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のエンジン用バルブ。
【請求項５】
上記硬質炭素薄膜が、ＰＶＤ法及び／又はＣＶＤ法により成膜されたダイヤモンドライクカーボン薄膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のエンジン用バルブ。
【請求項６】
上記潤滑油が、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のエンジン用バルブ。
【請求項７】
上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤が、炭素数６〜３０の炭化水素基を有し、潤滑油全量基準で０．０５〜３．０％含まれていることを特徴とする請求項６に記載のエンジン用バルブ。
【請求項８】
上記潤滑油が、ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載のエンジン用バルブ。
【請求項９】
上記ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体が、潤滑油全量基準で０．１〜１５％含まれていることを特徴とする請求項８に記載のエンジン用バルブ。
【請求項１０】
上記潤滑油が、ジチオリン酸亜鉛を含有し、その含有量が、潤滑油全量基準且つリン元素換算量で０．１％以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載のエンジン用バルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン用バルブに係り、更に詳細には、特定の潤滑油の存在下において極めて優れた低摩擦性や耐摩耗性を示すダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜等の硬質炭素薄膜を被覆したアルミニウム合金を用いて軽量化したエンジン用バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球全体の温暖化、オゾン層の破壊など地球規模での環境問題が大きくクローズアップされ、とりわけ地球全体の温暖化に大きな影響があるといわれている二酸化炭素（ＣＯ２）削減については各国でその規制値の決め方をめぐって大きな関心を呼んでいる。
ＣＯ２削減については、自動車の燃費の削減を図ることが大きな課題の１つであり、摺動材料と潤滑油が果たす役割は大きい。
【０００３】
摺動材料の役割は、エンジンの摺動部位の中で摩擦摩耗環境が苛酷な部位に対して耐摩耗性に優れ且つ低い摩擦係数を発現することであり、最近では、フォロワ部位であるバルブリフタやリフタシムに対して、種々の硬質薄膜材料の適用やローラニードルベアリングを組み込んだローラロッカーアームの適用が進んできている。
一般にＤＬＣ材料は、空気中、潤滑油非存在下における摩擦係数が、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化クロム（ＣｒＮ）といった耐摩耗性の硬質被膜材料と比べて低いことから低摩擦摺動材料として期待されている。
【０００４】
また、潤滑油における省燃費対策としては、▲１▼低粘度化による、流体潤滑領域における粘性抵抗及びエンジン内の攪拌抵抗の低減、▲２▼最適な摩擦調整剤と各種添加剤の配合による、混合及び境界潤滑領域下での摩擦損失の低減、が提言されており、摩擦調整剤としては、ジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）やジチオリン酸モリブデン（ＭｏＤＴＰ）といった有機モリブデン化合物を中心に多くの研究がなされており、従来の鋼材料から成る摺動面においては、使用開始初期に優れた低摩擦係数を示す有機モリブデン化合物を配合した潤滑油が適用され、効果を上げていた。
このようなＤＬＣ材料の摩擦特性や、有機モリブデン化合物の摩擦調整剤としての性能について、いくつかの報告がされている（例えば、非特許文献１及び２参照。）。
更に、エンジン用バルブについても従来の鉄系バルブに対し、軽量化を目的としたアルミ系バルブが種々提案がされている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２４７６２８号公報
【特許文献２】
特開平１１−２４７６２９号公報
【非特許文献１】
加納、他，日本トライボロジー学会予稿集，１９９９年５月，ｐ．１１〜１２
【非特許文献２】
加納、他（Ｋａｎｏ  ｅｔ  ａｌ．），ワールド・トライボロジー・コングレス（Ｗｏｒｌｄ  Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ）２００１．９，Ｖｉｅｎｎａ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，ｐ．３４２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、シート面での摩耗が問題であった。また、フェース面では堆積物付着によるシール性の劣化や摩耗が問題であった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、極めて優れた低摩擦性や耐摩耗性を示し、従来の鋼材料よりも更に優れた省燃費効果を発揮する、アルミニウム合金を用いて軽量化したエンジン用バルブを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、アルミニウム合金製のバルブ表面に所定の潤滑油の存在下において極めて優れた低摩擦性や耐摩耗性を示す硬質炭素薄膜を被覆させることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明のエンジン用バルブは、潤滑油の存在下で摺動し、表面に硬質炭素薄膜を有し、アルミニウムを主元素とする合金で大部分が構成され、かかる硬質炭素薄膜は水素原子の含有量が３０原子％以下である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジン用バルブについて更に詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１１】
上述の如く、本発明のエンジン用バルブは、潤滑油の存在下で摺動し、表面に硬質炭素薄膜を有し、アルミニウムを主元素とする合金で大部分が構成され、かかる硬質炭素薄膜は水素原子の含有量が３０原子％以下である。
ここで、上記硬質炭素薄膜は、炭素元素を主として構成された非晶質のものであり、炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）の両方から成る。具体的には、炭素元素だけから成るアモルファスカーボン薄膜、水素を含有する水素アモルファスカーボン薄膜、及びチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を一部に含む金属アモルファスカーボン薄膜などが挙げられる。
また、上記アルミニウムを主元素とする合金は、アルミニウムを５０原子％以上含有する金属であり、更に、これにより「大部分が構成される」とは、バルブの全体積に対して５０ｖｏｌ％以上がアルミニウムを主元素とする合金であることをいう。もちろん、全てがアルミニウム合金であってもよい。
【００１２】
本発明のエンジン用バルブを図面に基づいて説明する。
図１はシリンダヘッドにおける、エンジン用バルブの動弁機構の一例を示す断面図である。同図に示すように、動弁機構は、カム１０が回転すると、バルブリフタ２０がバルブスプリング７０を圧縮しつつ押し下げられると同時に、バルブ１がステムシール３０を有するステムガイド４０に案内されて押し下げられ、バルブシート５０からバルブ１が離間して、吸気ポート６０と図示しない燃焼室とが連通する（バルブの開き状態）。その後、カム１０が更に回転すると、バルブスプリング７０の反発力により、バルブリフタ２０、リテーナ８０及びコッタ９０とともにバルブ１が押し上げられ、バルブシート５０にバルブ１が接触して吸気ポート６０と図示しない燃焼室とを遮断する（バルブの閉じ状態）。このようなバルブ開閉をカム１０の回転と同期して行う。ここで、通常バルブ１は主にバルブスプリング７０の巻き方向の影響により軸回りに回動する。
【００１３】
本発明のエンジン用バルブにおいては、バルブ１の表面のうちのフェース面１ａ、ステム面１ｂ、溝部表面１ｃ、軸端部表面１ｄ及び先端面１ｅの１箇所以上に硬質炭素薄膜が被覆されていることが望ましい。
【００１４】
バルブ１のフェース面１ａは、バルブシート５０のシート面と接触して、図示しない燃焼室の密閉性を維持しているが、堆積物付着によりシール性が低下するので、硬質炭素薄膜を被覆することにより、硬質炭素薄膜が不活性であるという特性を利用して、堆積物付着を防止することができる。
また、バルブ１の上下動などにより、フェース面１ａがバルブシート５０のシート面に対して摺動するので、硬質炭素薄膜を被覆することにより、低摩擦性及び耐摩耗性を向上させることができる。この結果、燃焼室の密閉性が更に向上し、燃費を向上させることが可能となる。
【００１５】
バルブ１のステム面１ｂは、バルブ１の上下動などにより、ステムガイド４０やステムガイド４０に取り付けたステムシール３０などに対して摺動するので、硬質炭素薄膜を被覆することにより、低摩擦性及び耐摩耗性を向上させることができる。
また、バルブ１の溝部表面１ｃ及び軸端部表面１ｄは、バルブ１の回動や上下動により、コッタ９０に対して摺動するので、硬質炭素薄膜を被覆することにより、低摩擦性及び耐摩耗性を向上させることができる。なお、溝部表面１ｃには、溝部の上下面も含まれる。
更に、バルブ１の先端面１ｅは、バルブ１の上下動などにより、バルブリフタ２０に対して摺動するので、硬質炭素薄膜を被覆することにより、低摩擦性及び耐摩耗性を向上させることが可能となる。
【００１６】
なお、バルブ１の特に先端面１ｅ及び軸端部表面１ｄは、繰返し応力により材料表面層付近が疲労破壊を起こす、いわゆるピッチング摩耗も問題となるが、上述したように硬質炭素薄膜を被覆すること、及び基材をアルミ化するなどしてバルブを軽量化することにより、このような摩耗を抑制することができる。また、バルブ１の全表面に硬質炭素薄膜を被覆してもよい。
本発明のエンジン用バルブは、図１のような構造を備えるバルブシステムにのみ組み込まれるとは限られず、例えばバルブ１が排気ポート側であっても同様である。また、バルブ１の相手材である機械要素は若干の変更が有り得る。一方、上述したバルブ１と摺動する相手材に硬質炭素薄膜を被覆することも好適形態として挙げられる。
【００１７】
本発明では、硬質炭素薄膜の水素原子の含有量は、大幅な摩擦低減効果を発揮させる観点から、水素原子の含有量が少ないものほど好ましく、水素原子の含有量が３０原子％以下であることを要し、水素原子の含有量が５原子％以下であることが好ましく、さらには水素原子の含有量が０．５原子％以下であることがより好ましい。
【００１８】
上述のような硬質炭素薄膜としては、ＰＶＤ法及びＣＶＤ法の一方又は双方により成膜されたＤＬＣ薄膜を用いることができる。
上記ＰＶＤ法やＣＶＤ法としては、ＤＬＣ薄膜を所望の配置で被覆できれば、特に限定されるものではないが、代表的には、アーク式イオンプレーティング法等を挙げることができる。
【００１９】
次に、本発明に用いる潤滑油について説明する。
本発明に用いる潤滑油は、上記本発明のエンジン用バルブと組み合わせて用いられる潤滑油であって、潤滑油基油に、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤、脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤、ポリブテニルコハク酸イミド、ポリブテニルコハク酸イミドの誘導体又はジチオリン酸亜鉛、及びこれらの任意の組合せに係る成分を含有させることが好ましい。
ここで、潤滑油基油としては特に限定されるものではなく、鉱油、合成油、油脂及びこれらの混合物など、潤滑油の基油として通常使用されるものであれば、種類を問わず使用することができる。
【００２０】
鉱油としては、具体的には、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理等を適宜組み合わせて精製したパラフィン系又はナフテン系等の油やノルマルパラフィン等が使用でき、溶剤精製、水素化精製処理したものが一般的であるが、芳香族分をより低減することが可能な高度水素化分解プロセスやＧＴＬ  Ｗａｘ（ガス・トウー・リキッド・ワックス）を異性化した手法で製造したものを用いることがより好ましい。
【００２１】
合成油としては、具体的には、ポリ−α−オレフィン（例えば、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー、エチレン−プロピレンオリゴマー等）、ポリ−α−オレフィンの水素化物、イソブテンオリゴマー、イソブテンオリゴマーの水素化物、イソパラフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ジエステル（例えば、ジトリデシルグルタレート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジオクチルセバケート等）、ポリオールエステル（例えば、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、トリメチロールプロパンイソステアリネート等のトリメチロールプロパンエステル；ペンタエリスリトール２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等のペンタエリスリトールエステル）、ポリオキシアルキレングリコール、ジアルキルジフェニルエーテル及びポリフェニルエーテル等が挙げられる。中でも、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー等のポリ−α−オレフイン又はその水素化物が好ましい例として挙げられる。
【００２２】
本発明に用いる潤滑油における基油は、鉱油系基油及び合成系基油を単独又は混合して用いる以外に、２種類以上の鉱油系基油又は２種類以上の合成系基油の混合物であっても差し支えない。また、上記混合物における２種類以上の基油の混合比も特に限定されず任意に選ぶことができる。
【００２３】
潤滑油基油中の硫黄分について、特に制限はないが、基油全量基準で、０．２％以下であることが好ましく、より好ましくは０．１％以下、さらには０．０５％以下であることが好ましい。特に、水素化精製鉱油や合成系基油の硫黄分は、０．００５％以下、又は実質的に硫黄分を含有していない（５ｐｐｍ以下）ことから、これらを基油として用いることが好ましい。
【００２４】
また、潤滑油基油中の芳香族含有量についても、特に制限はないが、内燃機関用潤滑油として長期間低摩擦特性を維持するためには、全芳香族含有量が１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらには５％以下であることが好ましい。即ち、潤滑油基油の全芳香族含有量が１５％を超える場合には、酸化安定性が劣るため好ましくない。
なお、ここで言う全芳香族含有量とは、ＡＳＴＭ、Ｄ２５４９に規定される方法に準拠して測定される芳香族留分（ａｒｏｍａｔｉｃｓ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）含有量を意味している。
【００２５】
潤滑油基油の動粘度にも、特に制限はないが、内燃機関用潤滑油として使用する場合には、１００℃における動粘度が２ｍｍ２／ｓ以上であることが好ましく、より好ましくは３ｍｍ２／ｓ以上である。一方、１００℃における動粘度は、２０ｍｍ２／ｓ以下であることが好ましく、１０ｍｍ２／ｓ以下であることが更に好ましく、特に８ｍｍ２／ｓ以下であることが好ましい。潤滑油基油の１００℃における動粘度が２ｍｍ２／ｓ未満である場合には、十分な耐摩耗性が得られない上に蒸発特性が劣る可能性があるため好ましくない。一方、動粘度が２０ｍｍ２／ｓを超える場合には低摩擦性能を発揮しにくく、低温性能が悪くなる可能性があるため好ましくない。本発明においては、上記基油の中から選ばれる２種以上の基油を任意に混合した混合物等が使用でき、１００℃における動粘度が上記の好ましい範囲内である限りにおいては、基油単独の動粘度が上記以外のものであっても使用可能である。
【００２６】
また、潤滑油基油の粘度指数にも、特別な制限はないが、８０以上であることが好ましく、１００以上であることが更に好ましく、特に内燃機関用潤滑油として使用する場合には、１２０以上であることが好ましい。潤滑油基油の粘度指数を高めることで、よりオイル消費が少なく、低温粘度特性、省燃費性能に優れた内燃機関用潤滑油を得ることができる。
【００２７】
使用する脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の一方又は双方としては、炭素数６〜３０、好ましくは炭素数８〜２４、特に好ましくは炭素数１０〜２０の直鎖状又は分枝状炭化水素基を有する脂肪酸エステル、脂肪酸アミン化合物、及びこれらの任意の混合物を挙げることができる。炭素数が６〜３０の範囲外のときは、摩擦低減効果が十分に得られない可能性がある。
【００２８】
炭素数６〜３０の直鎖状又は分枝状炭化水素基としては、具体的には、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、テトラコシル基、ペンタコシル基、ヘキサコシル基、ヘプタコシル基、オクタコシル基、ノナコシル基及びトリアコンチル基等のアルキル基や、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、トリコセニル基、テトラコセニル基、ペンタコセニル基、ヘキサコセニル基、ヘプタコセニル基、オクタコセニル基、ノナコセニル基及びトリアコンテニル基等のアルケニル基などを挙げることができる。
なお、上記アルキル基及びアルケニル基には、考えられる全ての直鎖状構造及び分枝状構造が含まれ、また、アルケニル基における二重結合の位置は任意である。
【００２９】
また、上記脂肪酸エステルとしては、かかる炭素数６〜３０の炭化水素基を有する脂肪酸と脂肪族１価アルコール又は脂肪族多価アルコールとのエステルなどを例示でき、具体的には、グリセリンモノオレート、グリセリンジオレート、ソルビタンモノオレート及びソルビタンジオレートなどを特に好ましい例として挙げることができる。
上記脂肪族アミン化合物としては、脂肪族モノアミン又はそのアルキレンオキシド付加物、脂肪族ポリアミン、イミダゾリン化合物等、及びこれらの誘導体等を例示できる。具体的には、ラウリルアミン、ラウリルジエチルアミン、ラウリルジエタノールアミン、ドデシルジプロパノールアミン、パルミチルアミン、ステアリルアミン、ステアリルテトラエチレンペンタミン、オレイルアミン、オレイルプロピレンジアミン、オレイルジエタノールアミン及びＮ−ヒドロキシエチルオレイルイミダゾリン等の脂肪族アミン化合物や、これら脂肪族アミン化合物のＮ，Ｎ−ジポリオキシアルキレン−Ｎ−アルキル（又はアルケニル）（炭素数６〜２８）等のアミンアルキレンオキシド付加物、これら脂肪族アミン化合物に炭素数２〜３０のモノカルボン酸（脂肪酸等）や、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数２〜３０のポリカルボン酸を作用させて、残存するアミノ基及びイミノ基の一方又は双方の一部又は全部を中和したりアミド化した、いわゆる酸変性化合物等が挙げられる。好適な例としては、Ｎ，Ｎ−ジポリオキシエチレン−Ｎ−オレイルアミン等が挙げられる。
【００３０】
また、本発明に用いる潤滑油に含まれる脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の一方又は双方の含有量は、特に制限はないが、潤滑油全量基準で、０．０５〜３．０％であることが好ましく、更に好ましくは０．１〜２．０％、特に好ましくは０．５〜１．４％であることがよい。上記含有量が０．０５％未満であると摩擦低減効果が小さくなり易く、３．０％を超えると潤滑油への溶解性や貯蔵安定性が著しく悪化し、沈殿物が発生し易いので、好ましくない。
【００３１】
一方、上述したポリブテニルコハク酸イミドとしては、次の一般式（１）及び（２）
【００３２】
【化１】
2005061219.tif 000002
【００３３】
【化２】
2005061219.tif 000003
【００３４】
で表される化合物が挙げられる。これら一般式におけるＰＩＢは、ポリブテニル基を示し、高純度イソブテン又は１−ブテンとイソブテンの混合物をフッ化ホウ素系触媒又は塩化アルミニウム系触媒で重合させて得られる数平均分子量が９００〜３５００、望ましくは１０００〜２０００のポリブテンから得られる。上記数平均分子量が９００未満の場合は清浄性効果が劣り易く、３５００を超える場合は低温流動性に劣り易いため、望ましくない。
また、上記一般式におけるｎは、清浄性に優れる点から１〜５の整数、より望ましくは２〜４の整数であることがよい。更に、上記ポリブテンは、製造過程の触媒に起因して残留する微量のフッ素分や塩素分を、吸着法や十分な水洗等の適切な方法により、５０ｐｐｍ以下、より望ましくは１０ｐｐｍ以下、特に望ましくは１ｐｐｍ以下まで除去してから用いることもよい。
【００３５】
かかるポリブテニルコハク酸イミドの製造方法としては、特に限定はないが、例えば、上記ポリブテンの塩素化物又は塩素やフッ素が充分除去されたポリブテンと無水マレイン酸とを１００〜２００℃で反応させて得られるポリブテニルコハク酸を、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン及びペンタエチレンヘキサミン等のポリアミンと反応させることにより得ることができる。
【００３６】
一方、上述したポリブテニルコハク酸イミドの誘導体としては、上記一般式（１）又は（２）で表される化合物に、ホウ素化合物や含酸素有機化合物を作用させて、残存するアミノ基及びイミノ基の一方又は双方の一部又は全部を中和したり、アミド化した、いわゆるホウ素変性又は酸変性化合物を例示できる。その中でもホウ素含有ポリブテニルコハク酸イミド、特にホウ素含有ビスポリブテニルコハク酸イミドが現時点では最も好ましいものとして挙げられる。
【００３７】
上記ホウ素化合物としては、ホウ酸、ホウ酸塩、ホウ酸エステル等が挙げられる。具体的には、上記ホウ酸として、オルトホウ酸、メタホウ酸及びテトラホウ酸などが挙げられる。また、上記ホウ酸塩としては、アンモニウム塩等、具体的には、メタホウ酸アンモニウム、四ホウ酸アンモニウム、五ホウ酸アンモニウム及び八ホウ酸アンモニウム等のホウ酸アンモニウムが好適例として挙げられる。
また、ホウ酸エステルとしては、ホウ酸と好ましくは炭素数１〜６のアルキルアルコールとのエステル、より具体的には、ホウ酸モノメチル、ホウ酸ジメチル、ホウ酸トリメチル、ホウ酸モノエチル、ホウ酸ジエチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸モノプロピル、ホウ酸ジプロピル、ホウ酸トリププロピル、ホウ酸モノブチル、ホウ酸ジブチル及びホウ酸トリブチル等が好適例として挙げられる。なお、ホウ素含有ポリブテニルコハク酸イミドにおけるホウ素含有量Ｂと窒素含有量Ｎとの質量比「Ｂ／Ｎ」は、通常０．１〜３であり、好ましくは、０．２〜１である。
【００３８】
また、上記含酸素有機化合物としては、具体的には、ぎ酸、酢酸、グリコール酸、プロピオン酸、乳酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ノナデカン酸及びエイコサン酸等の炭素数１〜３０のモノカルボン酸、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸及びピロメリット酸等の炭素数２〜３０のポリカルボン酸並びにこれらの無水物、又はエステル化合物、炭素数２〜６のアルキレンオキサイドやヒドロキシ（ポリ）オキシアルキレンカーボネート等が挙げられる。
【００３９】
なお、本発明に用いる潤滑油では、ポリブテニルコハク酸イミド及びその誘導体の一方又は双方の含有量は特に制限されないが、潤滑油全量基準で０．１〜１５％が好ましく、１．０〜１２％であることが更に好ましい。０．１％未満では清浄性効果に乏しくなることがあり、１５％を超えると含有量に見合う清浄性効果が得られにくく、抗乳化性が悪化し易い。
【００４０】
更にまた、本発明に用いる潤滑油は、次の一般式（３）
【００４１】
【化３】
2005061219.tif 000004
【００４２】
で表されるジチオリン酸亜鉛を含有することが好適である。
上記式（３）中のＲ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ別個に炭素数１〜２４の炭化水素基を示す。これら炭化水素基としては、炭素数１〜２４の直鎖状又は分枝状のアルキル基、炭素数３〜２４の直鎖状又は分枝状のアルケニル基、炭素数５〜１３のシクロアルキル基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルアリール基、炭素数７〜１９のアリールアルキル基等のいずれかであることが望ましい。また、アルキル基やアルケニル基は、第１級、第２級及び第３級のいずれであってもよい。
【００４３】
上記Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基及びテトラコシル基等のアルキル基や、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ブタジエニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基及びオレイル基等のオクタデセニル基や、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、トリコセニル基及びテトラコセニル基等のアルケニル基や、シクロペンチル基、シクロへキシル基及びシクロヘプチル基等のシクロアルキル基や、メチルシクロペンチル基、ジメチルシクロペンチル基、エチルシクロペンチル基、プロピルシクロペンチル基、エチルメチルシクロペンチル基、トリメチルシクロペンチル基、ジエチルシクロペンチル基、エチルジメチルシクロペンチル基、プロピルメチルシクロペンチル基、プロピルエチルシクロペンチル基、ジ−プロピルシクロペンチル基、プロピルエチルメチルシクロペンチル基、メチルシクロへキシル基、ジメチルシクロへキシル基、エチルシクロへキシル基、プロピルシクロへキシル基、エチルメチルシクロへキシル基、トリメチルシクロへキシル基、ジエチルシクロヘキシル基、エチルジメチルシクロヘキシル基、プロピルメチルシクロヘキシル基、プロピルエチルシクロヘキシル基、ジ−プロピルシクロへキシル基、プロピルエチルメチルシクロヘキシル基、メチルシクロヘプチル基、ジメチルシクロヘプチル基、エチルシクロヘプチル基、プロピルシクロヘプチル基、エチルメチルシクロヘプチル基、トリメチルシクロヘプチル基、ジエチルシクロヘプチル基、エチルジメチルシクロヘプチル基、プロピルメチルシクロヘプチル基、プロピルエチルシクロヘプチル基、ジ−プロピルシクロヘプチル基及びプロピルエチルメチルシクロヘプチル基等のアルキルシクロアルキル基や、フェニル基及びナフチル基等のアリール基や、トリル基、キシリル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基、エチルメチルフェニル基、トリメチルフェニル基、ブチルフェニル基、プロピルメチルフェニル基、ジエチルフェニル基、エチルジメチルフェニル基、テトラメチルフェニル基、ペンチルフェニル基、ヘキシルフェニル基、ヘプチルフェニル基、オクチルフェニル基、ノニルフェニル基、デシルフェニル基、ウンデシルフェニル基及びドデシルフェニル基等のアルキルアリール基や、ベンジル基、メチルベンジル基、ジメチルベンジル基、フェネチル基、メチルフェネチル基及びジメチルフェネチル基等のアリールアルキル基が例示できる。
なお、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７がとり得る上記炭化水素基には、考えられる全ての直鎖状構造及び分枝状構造が含まれ、また、アルケニル基の二重結合の位置、アルキル基のシクロアルキル基への結合位置、アルキル基のアリール基への結合位置、及びアリール基のアルキル基への結合位置は任意である。また、上記炭化水素基の中でも、その炭化水素基が、直鎖状又は分柱状の炭素数１〜１８のアルキル基である場合若しくは炭素数６〜１８のアリール基、又は直鎖状若しくは分枝状アルキルアリール基である場合が特に好ましい。
【００４４】
上記ジチオリン酸亜鉛の好適な具体例としては、ジイソプロピルジチオリン酸亜鉛、ジイソブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ペンチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−オクチルジチオリン酸亜鉛、ジ−２−エチルヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−デシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−ドデシルジチオリン酸亜鉛、ジイソトリデシルジチオリン酸亜鉛及びこれらの任意の組合せに係る混合物等が挙げられる。
【００４５】
また、上記ジチオリン酸亜鉛の含有量は、特に制限されないが、より高い摩擦低減効果を発揮させる観点から、潤滑油全量基準且つリン元素換算量で、０．１％以下であることが好ましく、また０．０６％以下であることが更に好ましく、ジチオリン酸亜鉛が含有されないことが特に好ましい。ジチオリン酸亜鉛の含有量が潤滑油全量基準且つリン元素換算量で０．１％を超えると、硬質炭素薄膜が被覆された部材と鉄基部材との摺動面における上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤や上記脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の優れた摩擦低減効果が阻害される可能性がある。
【００４６】
かかるジチオリン酸亜鉛の製造方法としては、従来方法を任意に採用することができ、特に制限されないが、具体的には、上記Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７に対応する炭化水素基を持つアルコール又はフェノールを五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）と反応させてジチオリン酸とし、これを酸化亜鉛で中和させることにより合成することができる。なお、上記ジチオリン酸亜鉛の構造は、使用する原料アルコールによって異なることは言うまでもない。
本発明においては、上記一般式（３）に包含される２種以上のジチオリン酸亜鉛を任意の割合で混合して使用することもできる。
【００４７】
上述のように、本発明に用いる潤滑油は、硬質炭素薄膜が被覆された部材と鉄基部材との摺動面に用いた場合に、極めて優れた低摩擦特性を示すものであるが、特に内燃機関用潤滑油として必要な性能を高める目的で、金属系清浄剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、他の無灰摩擦調整剤、他の無灰分散剤、摩耗防止剤若しくは極圧剤、防錆剤、非イオン系界面活性剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤等を単独で又は複数種を組合せて配合し、必要な性能を高めることができる。
【００４８】
上記金属系清浄剤としては、潤滑油用の金属系清浄剤として通常用いられる任意の化合物が使用できる。例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネート、フェネート、サリシレートナフテネート等を単独で又は複数種を組合せて使用できる。ここで、上記アルカリ金属としてはナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等、上記アルカリ土類金属としてはカルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）等が例示できる。また、具体的な好適例としては、Ｃａ又はＭｇのスルフォネート、フェネート及びサリシレートが挙げられる。
なお、これら金属系清浄剤の全塩基価及び添加量は、要求される潤滑油の性能に応じて任意に選択できる。通常、全塩基価は、過塩素酸法で０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇ、望ましくは１５０〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、その添加量は潤滑油全量基準で、通常０．１〜１０％である。
【００４９】
また、上記酸化防止剤としては、潤滑油用の酸化防止剤として通常用いられる任意の化合物を使用できる。例えば、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート等のフェノール系酸化防止剤、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルフェニル−α−ナフチルアミン、アルキルジフェニルアミン等のアミン系酸化防止剤、並びにこれらの任意の組合せに係る混合物等が挙げられる。また、かかる酸化防止剤の添加量は、潤滑油全量基準で、通常０．０１〜５％である。
【００５０】
更に、上記粘度指数向上剤としては、具体的には、各種メタクリル酸エステルから選ばれる１種又は２種以上のモノマーの共重合体やその水添物等のいわゆる非分散型粘度指数向上剤、及び更に窒素化合物を含む各種メタクリル酸エステルを共重合させたいわゆる分散型粘度指数向上剤等が例示できる。また、他の粘度指数向上剤の具体例としては、非分散型又は分散型エチレン−α−オレフィン共重合体（α−オレフィンとしては、例えばプロピレン、１−ブテン、１−ペンテン等）及びその水素化物、ポリイソブチレン及びその水添物、スチレン−ジエン水素化共重合体、スチレン−無水マレイン酸エステル共重合体、並びにポリアルキルスチレン等も例示できる。
これら粘度指数向上剤の分子量は、せん断安定性を考慮して選定することが必要である。具体的には、粘度指数向上剤の数平均分子量は、例えば分散型及び非分散型ポリメタクリレートでは５０００〜１００００００、好ましくは１０００００〜８０００００がよく、ポリイソブチレン又はその水素化物では８００〜５０００、エチレン−α−オレフィン共重合体又はその水素化物では８００〜３０００００、好ましくは１００００〜２０００００がよい。また、かかる粘度指数向上剤は、単独で又は複数種を任意に組合せて含有させることができるが、通常その含有量は、潤滑油全量基準で０．１〜４０．０％であることが望ましい。
【００５１】
更にまた、他の無灰摩擦調整剤としては、ホウ酸エステル、高級アルコール、脂肪族エーテル等の無灰摩擦調整剤、ジチオリン酸モリブデン、ジチオカルバミン酸モリブデン、二硫化モリブデン等の金属系摩擦調整剤等が挙げられる。
また、他の無灰分散剤としては、数平均分子量が９００〜３５００のポリブテニル基を有するポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、数平均分子量が９００未満のポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド等及びそれらの誘導体等が挙げられる。
更に、上記摩耗防止剤又は極圧剤としては、ジスルフィド、硫化油脂、硫化オレフィン、炭素数２〜２０の炭化水素基を１〜３個含有するリン酸エステル、チオリン酸エステル、亜リン酸エステル、チオ亜リン酸エステル及びこれらのアミン塩等が挙げられる。
更にまた、上記防錆剤としては、アルキルベンゼンスルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、アルケニルコハク酸エステル及び多価アルコールエステル等が挙げられる。
また、上記非イオン系界面活性剤及び抗乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル及びポリオキシエチレンアルキルナフチルエーテル等のポリアルキレングリコール系非イオン系界面活性剤が挙げられる。
更に、上記金属不活性化剤としては、イミダゾリン、ピリミジン誘導体、チアジアゾール、ベンゾトリアゾール及びチアジアゾール等が挙げられる。
更にまた、上記消泡剤としては、シリコーン、フルオロシリコーン及びフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。
なお、これら添加剤を本発明に用いる潤滑油に含有させる場合には、その含有量は、潤滑油全量基準で、他の摩擦調整剤、他の無灰分散剤、摩耗防止剤又は極圧剤、防錆剤、及び抗乳化剤については０．０１〜５％、金属不活性剤については０．００５〜１％、消泡剤については０．０００５〜１％の範囲から適宜選択できる。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
基材であるＡｌ−Ｓｉ系合金からφ１８×２２ｍｍの試験片（円柱体）を切り出し、この試験片の表面に、ＰＶＤアーク式イオンプレーティング法により、水素原子の量が２０原子％以下であり且つ厚さ０．５μｍのＤＬＣ薄膜を成膜し、本例の摺動部試験片を製造した。なお、本例においては、添加剤を含まないベースオイル（ＰＡＯ）を潤滑油として性能評価を実施した。
【００５４】
（実施例２）
基材であるＡｌ−Ｓｉ系合金からφ１８×２２ｍｍの試験片（円柱体）を切り出し、この試験片の表面に、ＰＶＤアーク式イオンプレーティング法により、水素原子の量が０．５原子％以下であり且つ厚さ０．５μｍのＤＬＣ薄膜を成膜し、本例の摺動部試験片を製造した。なお、本例においては、添加剤を含まないベースオイル（ＰＡＯ）を潤滑油として性能評価を実施した。
【００５５】
（実施例３）
基材であるＡｌ−Ｓｉ系合金からφ１８×２２ｍｍの試験片（円柱体）を切り出し、この試験片の表面に、ＰＶＤアーク式イオンプレーティング法により、水素原子の量が０．５原子％以下であり且つ厚さ０．５μｍのＤＬＣ薄膜を成膜し、本例の摺動部試験片を製造した。なお、本例においては、ベースオイル（ＰＡＯ）にエステル系無灰摩擦調整剤を添加したものを潤滑油として性能評価を実施した。
【００５６】
（比較例１）
基材であるＡｌ−Ｓｉ系合金からφ１８×２２ｍｍの試験片（円柱体）を切り出し、この試験片の表面に、アルマイト処理を施し、本例の摺動部試験片を製造した。なお、本例においては、ベースオイル（ＰＡＯ）にエステル系無灰摩擦調整剤を添加したものを潤滑油として性能評価を実施した。
【００５７】
（比較例２）
基材であるＡｌ−Ｓｉ系合金からφ１８×２２ｍｍの試験片（円柱体）を切り出し、この試験片の表面に、クロムめっき処理を施し、本例の摺動部試験片を製造した。なお、本例においては、ベースオイル（ＰＡＯ）にエステル系無灰摩擦調整剤を添加したものを潤滑油として性能評価を実施した。
【００５８】
［性能評価］
各例の摺動部試験片を、下記の試験条件下で摩擦摩耗試験（ＳＲＶ試験）を実施して、即ち、図２に示すように、相手側試験片（円板）１１０上で摺動部試験片（円柱）１００を荷重Ｌで相手側試験片１１０に押し付けつつ矢印Ｓ、Ｔ方向に揺動させて、摩擦係数及び試験後の摩耗量を測定した。
得られた結果を表１に示す。表１中の各例の摩耗量は実施例３の摩耗量を基準値（１．０）とした相対値である。
【００５９】
（試験条件）
・摺動部試験片  ：φ１８×２２ｍｍ  円柱試験片（Ａｌ−Ｓｉ系合金）
・相手側試験片  ：φ２４×７ｍｍ  円板試験片（Ｆｅ系焼結合金）
・試験装置      ：ＳＲＶ試験装置
・周波数        ：５０Ｈｚ
・試験温度      ：８０℃
・荷重方式      ：４００Ｎ
・摺動幅        ：３ｍｍ
・試験時間      ：１５ｍｉｎ
【００６０】
【表１】
2005061219.tif 000005
【００６１】
表１より、本発明の範囲に属する実施例１〜３は、本発明外の比較例１及び２よりも摩擦係数が小さく、試験後の摩耗量も少ないことが分かる。
また、現時点では、摩擦係数が小さく、摩耗量が少ないという観点から、実施例３が最も良好な結果をもたらすものと思われる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、アルミニウム合金製のバルブ表面に所定の潤滑油の存在下において極めて優れた低摩擦性や耐摩耗性を示す硬質炭素薄膜を被覆させることなどとしたため、極めて優れた低摩擦性や耐摩耗性を示し、従来の鋼材料よりも更に優れた省燃費効果を発揮し得るアルミニウム合金を用いて軽量化したエンジン用バルブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン用バルブの動弁機構の一例を示す断面図である。
【図２】ＳＲＶ試験の要領を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
１    バルブ
１ａ  フェース面
１ｂ  ステム面
１ｃ  溝部表面
１ｄ  軸端部表面
１ｅ  先端面
１０    カム
２０    バルブリフタ
３０    ステムシール
４０    ステムガイド
５０    バルブシート
６０    吸気ポート
７０    バルブスプリング
８０    リテーナ
９０    コッタ
１００    摺動部試験片
１１０    相手側試験片
【図１】
2005061219.tif 000006
【図２】
2005061219.tif 000007